CDMA 2000

CDMA 2000

IS-95 fue el primer sistema de telefonía celular en usar la tecnología cdma con una velocidad de transmisión de datos de 14.4kbps. Sin embargo ante la creciente necesidad de envío de datos el sistema evolucionó surgiendo la versión IS-95B  permitiendo una transmisión mediante paquetes a 64kbps.

 

Los operadores del sistema IS-95B o también llamado CdmaOne han tratado de mejorar los servicios de voz y aplicaciones para poder migrar a la tecnología de tercera generación 3G. Como resultado el estándar CDMA2000 ha sido desarrollado para tratar de cubrir los requerimientos 3G de tal forma que sea compatible con los sistemas de banda angosta IS-95 y poder entonces mejorar los servicios de voz y proveer mayor capacidad al sistema, además de ofrecer servicios de transferencia de información con una velocidad de transmisión de 2Mbps.

CDMA2000 también llamado IS-2000 es una tecnología de radiotransmisión que cubre los requerimientos especificados por la ITU (International Telecommunications Union), para ser considerado un sistema de tercera generación; dichas especificaciones han sido establecidas por la IMT-2000 (International Mobile Telephony-2000). 

De manera inicial 3GPP (Third Generation Partnership Project) se propuso como  una organización global para el desarrollo de tecnologías de tercera generación, sin embargo rápidamente se dedicó principalmente a dar soluciones para sistemas 3G basados en GSM y su evolución. Por lo tanto ANSI (American National Standards Institute) propuso la creación del 3GPP2 para desarrollar un estándar como evolución natural de IS-95, buscando  crear un sistema de banda ancha que utilizara la tecnología CDMA.

El 3GPP2 se formó en 1998 y lo integran la Association of Radio Industries and Businesses (ARIB) de Japón, Telecommunications Technology Committee (TTC) de Japón, Telecommunications Industry Association (TIA) de EUA y Telecommunications Technology Association (TTA) de Korea.

La principal ventaja  que ofrece cdma2000 sobre el resto de las propuestas IMT-2000 es la suave migración del sistema de segunda generación cdmaOne hacia cdma2000 como  sistema de tercera generación.

Los sistemas CDMA2000 han sido desarrollados en fases evolutivas, la primera de ellas es CDMA2000 1x con una velocidad promedio de 144 kbps; la segunda es 1xEV-DO (1x Evolution–Data Only)  ofreciendo una velocidad de transmisión de 2.4 Mbps; finalmente  1xEV-DV (1x Evolution–Data & Voice) soporta servicios de transmisión de voz y datos al mismo tiempo, mejorando los mecanismos de calidad (QoS) durante su transmisión, con una velocidad de 3.1Mbps.

Estructura de capas en cdma2000.

Los sistemas cdma2000 basan su estructura en el sistema OSI (Open System Interconnection), el cual se encuentra constituido por siete capas. La ventaja de seguir el sistema OSI es que cada capa trabaja de manera independiente estableciendo cada una de ellas comunicación con la capa superior e inferior inmediatas por medio de protocolos.

La estructura específica para el sistema cdma2000 en base al sistema OSI es la mostrada en la figura 4.3. En ella se observa que la capa de enlace se encuentra dividida en dos subcapas, siendo estas: la MAC (Media Access Control, Control de Acceso al Medio), y  LAC (Link Access Control, Control de Acceso al Enlace). Por su parte las capas superiores se encuentran integradas, y se encargan principalmente de los servicios de voz, de envío de datos y señalización.

Al tener cdma2000 una estructura de capas le permite soportar servicios multimedia, tomando en consideración los siguientes aspectos, Capacidad para soportar múltiples sesiones, pudiendo ser éstas una combinación de diferentes tipos de servicios (voz, datos por paquetes o por conmutación de circuitos).

• Mecanismos de control tomando en consideración la calidad de los servicios (Quality of Services QoS).
• Tener un sofisticado Control de Acceso al Medio (MAC), que haga al sistema trabajar de manera eficiente.

En el siguiente esquema se presenta la estructura de capas del sistema IS-95 y CDMA2000, observando que los mecanismos agregados para CDMA2000 son precisamente los aspectos mencionados en líneas anteriores.

Capas Superiores.

Cdma2000 es una tecnología de radiotransmisión flexible de estructura abierta ante la inclusión de servicios en las capas superiores. Dentro de los sistemas cdma2000 las capas superiores se encargan de dar servicios, clasificándose estos en las siguientes categorías.

• Servicios de voz: Se encarga de brindar servicios telefónicos de voz, incluyendo acceso a la PSTN y servicios de voz de móvil a móvil.
• Servicio de datos.  Cdma2000 ofrece este servicio entregando la información de un usuario mediante paquetes de datos o por conmutación de circuitos.
• Señalización. Se encarga de controlar la operación de una estación móvil mediante el envío de mensajes dentro del sistema.

Capa de Enlace.

La capa de enlace soporta y controla los mecanismos que se encargan de los servicios de transporte de información; contando con niveles variables de calidad en los servicios (QoS Quality of Services) de acuerdo a las necesidades específicas de cada servicio ofrecido por las capas superiores. La capa de enlace también lleva a cabo acciones de rastreo de información lógica y de señalización dentro de los canales soportados, codificados y modulados en la capa física durante su transporte hacia las capas superiores.

La capa de enlace es dividida en dos subcapas: 

• Link Access Control (LAC)
• Medium Access Control (MAC)

Subcapa LAC

La subcapa LAC se encarga de transportar información mediante comunicaciones punto a punto a las capas superiores, siendo capaz de soportar una transmisión escalable y con la capacidad para conocer las necesidades y cambios en  las entidades de las capas superiores, esto al ser rastreados los canales desde la capa física mediante información lógica y de señalización. 

La subcapa LAC da la QoS que requiere cada entidad de las capas superiores garantizando una entrega libre de errores, sin embargo cuando la QoS  requerida es mayor a la que puede ofrecer la subcapa LAC, entonces este servicio es dado directamente por la subcapa MAC.

A continuación se enlistan las acciones de enlace soportados por la subcapa LAC

• Señalización de la capa 2 para el sistema IS-95
• Señalización de la capa 2 para el sistema cmda2000
• Paquetizado de información de la capa 2 para sistemas Cdma2000
• Servicio de envío de información mediante circuitos conmutados de la capa 2 para sistemas Cdma2000.

Protocolo de enlace nulo (en situaciones donde la subcapa MAC es quien ofrece la calidad de servicios QoS adecuado). 

Subcapa MAC

La subcapa MAC se encarga de funciones de control y administración de recursos dados por la capa física (canales físicos codificados para envío de información sobre la interface aérea), coordinando el uso de estos recursos para las entidades de la subcapa LAC.

La subcapa MAC para llevar a cabo sus actividades es dividida en las siguientes partes:

• Función Convergente Independiente de la Capa Física (The Physical Layer Independent Convergence Function PLICF)
• Función Convergente Dependiente de la Capa Física (The Physical Layer Dependent Convergence Function PLDCF), que a su vez se encuentra subdividida en:
• Instancia Específica PLDCF (The Instance Specific PLDCF)
• Multiplexado y Calidad de los Servicios PLDCF (The PLDCF MUX and QoS  sublayer).

La red telefónica pública conmutada

La red telefónica pública conmutada

Desarrollo de la red

Los sistemas que permitan las comunicaciones telefónicas fueron inventados hace ya más de un siglo y constituyen uno de los pilares en que se sustenta la vida y la economía mundial.

En particular lo que se conoce como Red Telefónica Pública Conmutada (RTCP) está funcionando en todos los países del mundo, con alrededor de 800 millones de abonados. Tienen equipamientos compatibles y proporciona servicios las veinticuatro horas del día todos los días del año.

Por otra parte, la generalización del servicio telefónico en todo el mundo ha hecho de esta red uno de los medios más aptos, para ser usados en la transmisión de datos. De allí la importancia de su estudio en relación con las técnicas tele informáticas.

La digitalización total de la red

Las redes telefónicas fueron construidas inicialmente en todo el mundo mediante tecnologías de características analógicas; fundamentalmente debido a que la voz es un fenómeno típicamente analógico y, además, por que las técnicas digitales no se pudieron aplicar hasta que se fue consolidando el uso de los elementos activos de estado sólido. El transistor primero, los circuitos integrados luego, finalmente, los chips con distintos grados de integración, además fue necesario que estos elementos fueran capaces de gestionar lo bits a velocidades verdaderamente interesantes que justificaran el cambio y la inversión que significa la digitalización de las redes.

La tarea que hoy ocupa a los administradores de la red telefónica es el proceso de digitalización total de la red; proceso que se desarrolla siguiendo determinados pasos ordenados en todas las empresas que prestan este servicio.

La digitalización de la red tiene numerosas ventajas, tanto en el orden económico como en el tecnológico. Además, ha cambiado el concepto original por el que había sido construida la red, de ser una red preparada para transportar la voz, se ha pasado a una red con condiciones para transportar solamente bits, cualquiera que sea la naturaleza de la información.

De todas maneras, actualmente existe en todo el mundo la tendencia hacia la digitalización total de esta red. Dicha digitalización se está realizando a ritmos diferentes, dependiendo de la necesidad existente en muchos países de amortizar los equipamientos analógicos existentes.

La red telefónica está, compuesta básicamente por los siguientes elementos constitutivos.

**Nodos de Conmutación:

                Dentro de éstos existen dos tipos de nodos los que se denominan centrales locales, también conocidos por su expresión central office o local Exchange, a los que se conectan los usuarios de la red; y los que se denominan centrales de transito, también conocidos por transit Exchange o toll center que son los encargados de encaminar las comunicaciones permitiéndoles que puedan llegar a los destinos solicitados. Estos últimos nodos no posees usuarios conectados a ellos.

**Enlaces urbanos e interurbanos:

Los enlaces que se usan en la red telefónica conmutada por interconectar las centrales locales entre sí, y y las centrales de transito, se suelen denominar enlaces troncales por la cantidad de canales de voz que suelen transportar. Estos enlaces constituyen lo que hemos denominado la red de soporte,  pues no solo se utilizan para facilitar las comunicaciones en la misma red telefónica, sino que parte de ellos se suelen usar con fines variados. Uno de ellos, mediante el uso de canales digitales de distintas velocidades, para organizar las que se llaman Redes Especiales de Transmisión de Datos. Otro de los usos es para la provisión de En laces dedicados o arrendados para distintos fines, que pueden tener características urbanas, interurbanas o internacionales.

**Enlaces de Abonado:

Es el vínculo de comunicaciones que conecta al equipo, o los equipos terminales del usuario, con la central local, de la quesera tributario. También es conocida como Par de abonado o como  local loop.

**Equipos terminales:

Son los quipos que cada usuario podrá conectar a la red de acuerdo con las prestaciones que la misma pueda brindar. Lógicamente, el primero y más importante que debe de considerarse en esta red es precisamente el teléfono. Sin embargo actualmente también se pueden conectar a ella un amplio conjunto de equipos terminales que prestan servicios diversos, tales como facsímiles, computadoras, tele tex, etc.

Características Particulares de la red Telefónica pública conmutada

La red telefónica pública conmutada presenta las siguientes características particulares.

**La red está casi siempre es todas partes.

Resulta muy difícil que no se encuentre disponible un equipo terminal de la red telefónica conmutada en algún punto geográfico del planeta. Esta característica hace que esta red sea muy interesante para establecer puntos terminales de circuitos de transmisión de datos. Si en algún punto geográfico la red no está presente, otras posibilidades serán igualmente complejas.

**Normalmente los costos son bajo o, al menos, razonables

Los costos de la red telefónica conmutada en casi todos los países son muy accesibles, en función de las condiciones económicas de cada uno. La UIT-T establece parámetros para el establecimiento de las tarifas de todos los servicios si estos parámetros son respetados por las administraciones de cada país, la afirmación anterior es válida. Sin embargo en pocos casos, las tarifas son distorsionadas con impuestos o sobrecargas adicionales, no recomendadas internacionalmente, y en ese caso, esta afirmación podría dejar de tener sentido práctico. En estas  últimas situaciones, las variaciones tarifarias provocan distorsiones en el uso de las distintas posibilidades que se ofrecen a los usuarios. Éstas traen, posteriormente, deformaciones en la demanda que se traduce en la necesidad de nuevas inversiones, que en la gran mayoría de los casos resulta en un sistema abierto.

**El sistema telefónico es un sistema Abierto:

Estas condiciones permiten que el uso de la red no necesite autorizaciones especiales, ni requerimientos adicionales  ante las administraciones. Pueden existir casos especiales en los que se requiera algún tipo de autorización parta el uso de la red, no obstante, la detección del uso temporal de la red telefónica para la transmisión de datos resulta muy difícil.

** La obtención de hardware necesario no presenta complicaciones técnicas importantes:

Los equipos necesarios son de fácil obtención en el mercado tele informático, tanto en el orden nacional como en el internacional.

Técnicas usadas en las redes telefónicas conmutadas

**Aspectos generales

Las redes telefónicas públicas conmutadas están compuestas por tres tipos de hardware de características diferenciadas: equipos terminales, sistemas de conmutación y sistemas de transmisión.

Equipos terminales:

Los equipos terminales más comunes conectados a la red telefónica conmutada son los teléfonos, los equipos facsímil y las computadoras a través de módem de datos.

TELEFONOS

 Los terminales telefónicos se pueden clasificar en dos grandes grupos: los equipos normalizados, que pueden ser conectados  directamente a la red Telefónica Pública Conmutada y los equipos propietarios que solamente pueden ser conectados a las centrales privadas para las cuales han sido diseñados. Estos últimos, también  pueden operar en la red Pública pero a través de la central privada con la que son compatibles.

Los elementos constitutivos básicos de estos terminales son los mismos en ambos casos. Sin embargo, los equipos propietarios pueden tener partes adicionales que les permiten cumplir con una gama de funciones especiales más amplia.

  

Elementos constitutivos básicos:

Los elementos constitutivos básicos que conforman un teléfono son los siguientes:

v  La base o soporte: Es la que contiene todos los elementos mecánicos y electrónicos que posee el aparato. Normalmente está construida en materiales plásticos, aunque hoy los hay de los más variados tipos y materiales.

v  El micro teléfono: Es la parte del aparato que permite recibir y transmitir la voz. Están diseñados ergonómicamente para adaptarse a la cabeza del operador.

v  El cable de conexión a la red: Actualmente estos cables están dotados en ambos extremos de conectores normalizados RJ-11 o RJ-45 un extremo se conecta al teléfono y el otro a la red.

v  Dial o conjunto para el marcado: permite introducir los dígitos que son necesarios para establecer la comunicación o apartar elementos de señalización. Los hay de discos giratorios “antiguos” y de teclado digital.

v  Horquilla: Es la parte del aparato que permite habilitar o deshabilitar el uso del micro teléfono.

v  Campanilla de llamada: Es el elemento que alerta la llegada de una llamada.

Funciones que cumplen

Los aparatos telefónicos tienen funciones básicas y funciones especiales. Las funciones básicas que debe realizar todo aparato son:

v  Recibir las señales eléctricas transmitidas por la red y transformarlas en señales acústicas que puedan ser escuchadas por el oído humano; y viceversa, transformar las señales acústicas generadas por la voz en señales eléctricas que puedan ser enviadas a la red

v  Permitir el envió de la información de señalización para establecer la comunicación. Esta información puede ser enviada en la modalidad de pulsos o tonos. Los aparatos conectados a las redes públicas permiten, en muchos casos, solamente estas dos funciones.

Sistemas de Conmutación

Esta técnicas fueron usadas en las primeras etapas de la conmutación y telefónica, y aún  hoy existen algunas instalaciones que están en servicio. Consisten, básicamente, en sistemas donde el mando de la central que realiza la conmutación es un mecanismo que produce la apertura y cierre de relés electromecánicos, que permiten el paso de las señales telefónicas a través del conmutador en forma de señales analógicas, tal como llegan al nodo de conmutación

Permiten a este grupo las tecnologías conocidas como:

v  Pasó a paso o Sistema Strower.

Esta técnica conocida como pasó a paso o sistema de mando directo, consiste en un método de selección en serie, donde cada digito que llega a la central va avanzando un paso, hasta llagar al selector final del abonado con el que se quiere conectar. Por esa razón también se lo denomina sistema en cascada.

v  De barras cruzadas o Sistema Crossbar:

Esta técnica, conocida como de barras cruzadas o sistema de mando indirecto, consiste en un método de selección en paralelo, donde todos los dígitos que llagan a la central se van acumulando en una memoria, produciéndose finalmente la conexión con el abonado deseado.

Técnicas hibridas:

Estas técnicas fueron usadas en las primeras etapas que empezaron a ser abandonadas las técnicas electromecánicas, por las que se llamaron de conmutación semielectrónica.

Consisten básicamente en un sistema de conmutación donde el mando de la central que realiza la conmutación es un computador de propósitos especiales y maneja a tal fin señales de tipo digital. Por este motivo, la técnica usada se denomino por Control de programa almacenado o SPC (Store Program Control)  sin embargo, las señales telefónicas que pasan a través del conmutador (matrices de relevadores rápidos), lo hace en forma de señales analógicas, tal como llegan al nodo de conmutación.

Técnicas electrónicas:

Estas técnicas son las que se usan actualmente en la totalidad de los casos. El mando de la central que produce la conmutación es similar, conceptualmente, al que usan las centrales de conmutación de técnicas hibridas. Se trata también de un computador de propósitos especiales, que maneja señales digitales para producir las funciones de conmutación, mediante un sistema de control de programa almacenado.

La diferencia fundamental radica en que las señales telefónicas enviadas por los usuarios, que serán conmutadas, deberán entrar al conmutador previamente digitalizadas.

Es evidente que mientras el par de abonado y el equipo terminal sean de características analógicas, a la entrada de los conmutadores electrónicos debe de haber convertidores analógicos/Digitales.

A la salida del  nodo, después de la conmutación, pueden ocurrir dos situaciones diferentes. Si la señal conmutada es direccionada hacia un usuario analógico ubicado en el mismo nodo, esta debe de pasar por unos convertidores Digitales/Analógicos, que le permitirán recuperar la señal originalmente transmitida, para que pueda ser transmitida a través del par de abonado hacia el equipo terminal del destinatario ambos de características analógicas.

NIVEL JERARQUICO DE LA RED

 Según el carácter y la jerarquía que poseen dentro de la red telefónica publica conmutada  los sistemas de transmisión se pueden clasificar en:

v  URBANOS:

Se denomina  sistemas de transmisión urbana aquellos que instalados dentro de una zona o área común de servicios, conectan nodos de conmutación o de transito. En particular enlazan, por , ejemplo de conmutación o de transito que están ubicados en una misma ciudad, o grupo de ellos que forman parte de una única área múltiple de servicios.

v  INTERURBANOS:

Se denominan sistemas  de transmisión interurbanos aquellos que, instalados dentro de un área geográfica importante, conectan nodos de conmutación de diferente jerarquía dentro de la red, o si son de igual jerarquía, estos pertenecen a distintas áreas múltiples de servicios. En particular enlazan, por ejemplo a los nodos de conmutación o de transito que están ubicados en ciudades diferentes y que pertenecen a dos áreas de servicio distintos.

v  INTERNACIONALES:

Se denominan sistemas de transmisión internacionales a aquellos que conectan nodos de transito que permitan la interconexión entre dos o más países diferentes y que están regulados por acuerdos internacionales.

Arquitectura de una Red de Computadoras

Arquitectura de una Red

Las redes deben admitir una amplia variedad de aplicaciones y servicios, como así también funcionar con diferentes tipos de infraestructuras físicas.

Existen cuatro características básicas que la arquitectura subyacente necesita para cumplir con las expectativas de los usuarios: tolerancia a fallas, escalabilidad, calidad del servicio y seguridad.

Tolerancia a fallas:

Una red tolerante a fallas es la que limita el impacto de una falla del software o hardware y puede recuperarse rápidamente cuando se produce dicha falla.

Si un enlace o ruta falla, los procesos garantizan que los mensajes pueden enrutarse en forma instantánea en un enlace diferente transparente para los usuarios en cada extremo.

Escalabilidad:

Una red escalable puede expandirse rápidamente para admitir nuevos usuarios y aplicaciones sin afectar el rendimiento del servicio enviado a los usuarios actuales.

La capacidad de la red de admitir estas nuevas interconexiones depende de un diseño jerárquico en capas para la infraestructura física subyacente y la arquitectura lógica. El funcionamiento de cada capa permite a los usuarios y proveedores de servicios insertarse sin causar disrupción en toda la red.

Calidad de servicio (QoS):

Las transmisiones de voz y video en vivo requieren un nivel de calidad consistente y un envío ininterrumpido que no era necesario para las aplicaciones informáticas tradicionales. Los nuevos requerimientos para admitir esta calidad de servicio en una red convergente cambian la manera en que se diseñan e implementan las arquitecturas de red.

Seguridad:

Las expectativas de privacidad y seguridad que se originan del uso de internetworks para intercambiar información empresarial crítica y confidencial exceden lo que puede enviar la arquitectura actual. La rápida expansión de las áreas de comunicación que no eran atendidas por las redes de datos tradicionales aumenta la necesidad de incorporar seguridad en la arquitectura de red. Como resultado, se está dedicando un gran esfuerzo a esta área de investigación y desarrollo. Mientras tanto, se están implementando muchas herramientas y procedimientos para combatir los defectos de seguridad inherentes en la arquitectura de red.